Введение. Строительная индустрия представляет собой важную отрасль, назначением которой является ввод в действие новых конструктивных решений, формирующих искусственную среду обитания человека, способствующую повышению уровня его жизнедеятельности. В этом смысле окружающую природную среду рассматривают в аспекте защиты зданий, сооружений и функционирующего в них человека от негативных и агрессивных воздействий внешних факторов среды. Процесс агрессивного взаимодействия строительной деятельности человека и окружающей среды на природу в полной мере стал предметом рассмотрения сравнительно недавно [1]. Между тем, строительство – один из сильнейших факторов антропогенного воздействия на природу, в том числе и на человека – неотъемлемой части природы. Антропогенное воздействие строительства на природную среду разнообразно по своему характеру и происходит на всех этапах строительной деятельности, начиная от добычи и производства строительных материалов и конструкций до переработки и повторного использования строительных отходов от сноса зданий и сооружений [2, 3].После сноса старых дорог и зданий, тонны строительного мусора выбрасываются, разрушенный бетон также часто считается бесполезным и утилизируется как отходы сноса [4]. Главной задачей ученых всего мира является создание комфортной среды обитания человека или оптимизация системы «человек-материал-среда обитания» [5]. Однако большая часть строительных отходов считается инертной и потенциально может использоваться в качестве сырья для получения строительных материалов.Природные ресурсы, как правило, потребляются в строительном секторе в значительных количествах, также образуется значительное количество отходов строительства и сноса, составляющих самый большой объем всех твердых отходов [6].Огромное количество строительных отходов в разных странах выявило важность действий стран по управлению, переработке и повторному использованию отходов, образующихся в течение всего жизненного цикла конкретной инфраструктуры [6].Образование строительных отходов и нерациональное использование истощающихся природных ресурсов для строительных материалов также связаны с неблагоприятным воздействием строительной промышленности на окружающую среду. По оценкам, в глобальном масштабе примерно 10–30 % отходов, размещаемых на свалках, образуются в результате строительных работ и работ по сносу [7].Кроме того, чрезмерное использование природных ресурсов для производства щебня и гравия, становится все более серьезной экологической проблемой, для решения которой необходима разработка устойчивых комплексных программ управления и подходящих процессов переработки, что позволит получить экономическую отдачу от этих отходов. Увеличение объемов переработки и повторного использования отходов сноса и строительства внутри отрасли поможет сохранить истощающиеся природные ресурсы [8]. Благодаря разработке эффективных строительных материалов и обязательных правил утилизации отходов сноса и строительства, экологические цели могут быть достигнуты, так как существует большая потребность в разработке подходящих процессов утилизации для защиты окружающей среды, а также для получения экономической отдачи от отходов. Во многих частях мира растет интерес к переработке и повторному использованию отходов строительной отрасли, так, в Нидерландах самый высокий уровень переработки строительных отходов – 93 %, за ним следует Турция, где эффективное управление отходами позволило использовать почти 90 % отходов сноса и строительства [9]. Австралия достигла 87 % переработки отходов сноса и строительства [10], а затем Дания – 82 % [11] и Германия – 18 % [12]. Общие объемы использования отходов сноса и строительства для Англии в 2008 году оценивались в 86,9 млн. тонн, из которых 53 миллиона тонн были переработаны и еще 11 миллионов тонн были распределены на свободных участках для мелиорации земель, улучшения сельского хозяйства или инфраструктурных проектов [13].Повторное использование и переработка бетонных отходов, которые составляют наибольшую долю отходов сноса и строительства, предлагается как решение проблемы утилизации отходов и сохранения природных ресурсов, в то время как 40 % используемых в мире щебня, гальки и песка, применяются в строительной отрасли, количество материалов надлежащего качества постоянно снижается [14].Кроме того, члены Европейского Союза производят около 50 миллионов тонн бетонных отходов каждый год, по сравнению с 60 миллионами тонн в США и 10–12 миллионами тонн в Японии, которая сократила использование заполнителей на 2,5 млн. м3 путем утилизации бетонных отходов в производство готовых бетонных смесей [15].Методика и применяемые материалыХарактеристики вяжушегоВ данной работе в качестве вяжущего использовался цемент марки CEM I 42,5Н (ГОСТ 10178-85, ГОСТ 30515-2013) производства ЗАО Белгородский цемент. Физико-механические характеристики цемента определялись в соответствии с ГОСТ 30744-2001 (табл. 1). Таблица 1Свойства Белгородского портландцемента CEM I 42,5НБелгородский портландцемент CEM I 42,5НСтроительно-технические свойства цементаПоказателиЗначениеНормируемое ГОСТУдельная поверхность, м2/кг330Не нормируетсяСроки схватывания,  Начало, ч.2,5 чНе ранее 2,00Конец, ч.3,35 чНе позднее 10,00 Предел прочности при сжатии цементного раствора. МПа в возрасте:  3 сут.-изгиб-сжатие 5,833,00 Не нормируетсяНе нормируется7 сут.-изгиб-сжатие -- --28 сут.-изгиб-сжатие 8,156,6 Не менее 5,9Не менее 49Тонкость помола, остаток на сите 0,008,% 7,00Не менее 85Нормальная густота цементного теста ,% 25,5Не нормируетсяСодержание оксида серы So3,%2,42Не менее 1,00Не более 3,5Содержание хлорид-иона Cl, %0,002Не более 0,1C4AF13,1не нормируется   Цементы испытывались в соответствии с требованиями действующих стандартов. Применявшийся цемент полностью отвечает предъявляемым к нему требованиям. При этом следует отметить, что данный цемент показывает высокий предел прочности при сжатии в возрасте 28 суток, значительно превышающий требуемый уровень. Характеристика мелкого и крупкого заполнителяВ качестве мелкого заполнителя для бетона применяли кварцевые пески (месторождения Графовское) с модулем крупности Мкр=1,01, насыпной плотностью в неуплотненном состоянии ρн(неуп)=1495 кг/м3, в уплотненном состоянии ρн(упл)=1570 кг/м3, истинной плотностью ρист=2640 кг/м3, пустотностью поГОСТ 8735-88 – 43,4 %, водопотребностью – 5,5 %, цементопотребностью – 0,530. Пески должны удовлетворять требованиям ГОСТ 8736–93, качество песка оценивается зерновым составом, модулем крупности и химическим составом (табл. 2 и 3).  Таблица 2Химический состав мелкого заполнителяМесторожденияСодержание, масс.%SiO2Al2O3Fe2O3CaOR2Oп.п.пГрафовское96,80,50,90,380,980,44Таблица 3Гранулометрический состав мелкого заполнителяМесторождения пескаРазмер ячеек сита, мм2,51,250,630,3150,16МкрГрафовскоеПолный остаток, %0,71,34,619,475,41,01   Крупный заполнитель должен удовлетворять требованиям ГОСТ 8269.0-97 по прочности, объемной насыпной массе, зерновому составу, морозостойкости, суммарной удельной эффективной активности естественных радионуклидов.В таблице 4 представлен химический состав бетонного лома из разрушенных зданий, который состоит из SiO2 (52,5 %), CaO (31,4 %), Al2O3 (6,48 %), Fe2O3 (4,05 %), MgO (1,93 %), SO3 (0,947 %), Na2 (0,927 %), K2O (0,913 %). На рис. 1 показана микроструктура и химический состав бетонного лома где, (а) - фото бетонного лома, характеризующее состав и контактные зоны между цементным раствором и крупным заполнителем бетонного лома, (б) – карта химического состава бетонного лома, (с) – присутствующие химические элементы O (55,5 %), Si (21,9 %), Са (19,5 %), Al (1,6 %), S (1,2 %) и K (0,3 %).В таблице 5 показан гранулометрический состав крупного заполнителя полученного из бетонного лома, соответствующий требованиям с ГОСТ 8267-93.  Таблица 4Химический состав бетонного ломаСодержание, масс.%SiO2CaOAl2O3Fe2O3MgOSO3Na2K2Oп.п.п52,531,46,484,051,930,9470.9270.9130,853      а – фото бетонного лома              б – многослойная карта                         с – суммарный спектр картыРис. 1. Микроструктура и химический состав бетонного лома  Таблица 5Гранулометрический состав фрагментов бетонного лома (крупного заполнителя)№ п/п Номера ситЕд. измеренияПоказателиЧастные остаткиПолные остаткиНормативное значение по ГОСТ 8267-931234201052,5%106420510749499до 10 %30–80 %90–100 %95–100 %   Химический состав лабораторных бетонных отходов (таблица 6) представлен SiO 2(91,85 %), CaO (1,28 %), Al2O3 (3,98 %), Fe2O3 (0,626 %), MgO (0,660 %), Na2O (0,2 %), TiO2 (0,623 %), K2O (0,673 %).  Таблица 6Химический состав лабораторных бетонных отходовСодержание, масс.%SiO2CaOAl2O3Fe2O3MgONa2OTio2K2Oп.п.п91,851,283,980,6260,6600,2000.6230.6730,108   Основная часть. Это исследование рассматривает тематические изыскания из двух разных источников, первого (C1) – где были рассмотрены фрагменты, полученные из разрушенных при испытаниях бетонных образцов-кубов (лабораторные бетонные отходы), (рис. 2-б) и второго (C2) – с фрагментами разрушенных зданий и сооружений из Ирака (рис. 2-а).       а – фрагменты разрушенных зданий                        б – лабораторные бетонные отходыРис. 2. Отходы строительства   Было проведено экспериментальное исследование для сравнения свойств заполнителя, полученного из бетонных отходов различного происхождения: фрагментов разрушенных зданий и сооружений, лабораторных бетонных отходов и контрольного заполнителя из природных материалов.После дробления бетонных отходов было рассчитано количество материала (рис. 3). Установлено, что из 100 кг разрушенных бетонных отходов можно получить 30 кг качественного заполнителя.С целью изучения свойств заполнителя был проведен ситовой анализ, определены устойчивость к распаду крупного заполнителя, удельный вес, водопоглощение, насыпная плотность и пустотность.На основе заполнителей, полученных из отходов и природного сырья, были изготовлены лабораторные образцы бетона класса по прочности В35 и определены их показатели по прочности при сжатии, растяжении и изгибе, после чего проведена корреляция между полученными результатами.Полученные результаты показывают, что насыпная плотность испытанных лабораторных бетонных отходов была выше, чем в контрольном образце природного состава, тогда как количество пустот снижалось. Это связано с угловатостью частиц, поскольку использовалось дробление для создания однородного заполнителя размером 15 мм.      а – бетонные отходы                                         б – заполнительРис. 3. Переработка строительных отходов в заполнители   Результаты и их обсуждение. Результаты (табл. 7) показывают, что удельный вес увеличивается с уменьшением водопоглощения. Удельный вес измельченного заполнителя ниже, чем у идентичного традиционного заполнителя, который обычно составляет около 2,2 %–2,5 % в условиях насыщенной сухой поверхности. Из-за цементного раствора, прикрепленного к частицам, водопоглощение переработанного заполнителя намного выше, чем у аналогичного первичного материала, который обычно составляет от2 % до 6 % для крупного заполнителя. Результаты подходят и попадают в приемлемый диапазон.Возможная причина высокой скорости абсорбции испытанных в лабораторных бетонных отходах и бетонных отходов разрушенных зданий в более высоком водоцементном соотношении, используемом в смеси. Когда вода испаряется, она оставляет пустоты, которые занимают пространство в бетоне.Результаты на рис. 4 показывают, что прочность при сжатии в возрасте 28 суток увеличивалась с уменьшением водоцементного отношения для всех смесей  Таблица 7Физические свойства щебняПоказателиПриродный щебеньЩебень из лабораторных отходовЩебень из отходов сноса зданийНасыпная плотность, (кг/м3)14851478,31245,25Удельный вес2,6302,5272,520Водопоглощение,%2,32,7411,2Дробимость,%282635Марка щебень600600800Пустотность,%213948.2   Рис. 4. Прочность и водоцементное отношение.Были изготовлены три состава бетонных образцов с заполнителем из различных источников: фрагменты разрушенных зданий и сооружений, лабораторные бетонные отходы из прошедших лабораторные испытания образцов, и традиционный заполнитель, реализуемый на рынке стройматериалов, который использовался для подготовки контрольных образцов. Все образцы были разработаны с проектной прочностью на сжатие 35 МПа. Прочность на сжатие каждого образца и расход составляющих для бетонной смеси (Табл.8) была определена через 7, 14 и 28 суток. Результаты показывают, что контрольные образцы превысили расчетную прочность 35 МПа. Самую высокую прочность имеют образцы, изготовленные из отходов испытанный в лаборатории образцов C1, на которых была достигнута расчетная прочность, тогда как образцы C2, изготовленные из случайных бетонных отходов, были немного ниже расчетной прочности. Таблица 8Расход составляющих для бетонной смеси и прочность при сжатии  Класс бетонаЕд. измКонтрольная смесьСмесь отходов (С1)Смесь отходов (С2)Цементкг/м3400400400Щебень кг/м31023--Песоккг/м3891839814Щебень из отходовкг/м3–10751100Водал/м3180 (45 %)198 (50 %)205(51 %)Прочность при сжатии-3сутокМПа3328,218,3-7сутокМПа35,628,524,1-28сутокМПа41,13431   При определении прочности при изгибе для сравнения был использован бетон, изготовленный с заполнителем испытанных в лаборатории бетонных отходов, бетон с отходами сноса и традиционно используемый заполнитель.Три образца каждого состава были испытаны через 7, 14 и 28 суток (табл. 9). Прочность образцов бетона, изготовленных из традиционного заполнителя, как правило, была выше, чем у образцов, изготовленных из заполнителя С1. Кроме того, прочность при изгибе образцов, изготовленных с использованием бетонных отходов из С1, также, как правило, немного выше, чем прочность образцов, изготовленных с заполнителем из С2.Результаты (рис. 5.) показывают, что прочность при изгибе увеличивалась с увеличением прочности при сжатии для всей смеси.  Таблица 9Средняя прочность при изгибе (МПа) в различном возрастеВремя твердения (суток)Смесь отходов (С1)Смесь отходов (С2)Контрольная смесь72,41,92,34142,82,12,91282,92,33,2  Рис. 5. Прочностные характеристики в зависимости от вида смесиВыводы. Таким образом, изучена возможность утилизации строительных отходов, способствующая решению нескольких проблем: дешевой утилизации отходов и увеличению физико-механических свойств бетона, за счет введения переработанного отхода в качестве заполнителя. Исходя из изложенного материала, можно сделать следующие выводы: Объемная плотность (удельный вес) отходов для контрольного образца была выше, чем у C 1, тогда как количество пустот было меньше.Удельный вес измельченного переработанного заполнителя C2 был ниже, чем у обычного заполнителя, который обычно имеет значения от 2,2 до 2,5.Значение водопоглощения для переработанного заполнителя было намного выше, чем у обычного заполнителя, что объясняется присутствием цементного раствора, прикрепленного к частицам.При изучении прочности на сжатие было обнаружено, что контрольный образец имеет наибольшую прочность, со средним значением 41,1 МПа. Результаты также показывают, что средняя прочность на сжатие бетонных отходов С1 имеет самое высокое значение 34 МПа, что является весьма близким к расчетной прочности на сжатие 35 МПа, с увеличением прочности бетона на сжатие происходит также увеличение прочности на изгиб.